密級 論文編號 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院 學(xué)位論文 黃浦江上游水源保護(hù)區(qū)不同農(nóng)田種植 模式的環(huán)境效應(yīng)研究 o. N I 中文摘要 近 年來，隨著種植業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整力度的逐漸加大，我國農(nóng)田種植模式有了很大的變化，而不同農(nóng)田種植模式的施肥情況及養(yǎng)分平衡狀況具有很大的差異，因此深入研究不同作物及不同種植模式的養(yǎng)分吸收規(guī)律、養(yǎng)分平衡狀況及其環(huán)境效應(yīng)對于指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、減少農(nóng)業(yè)環(huán)境污染具有重要意義。本文通過對上海黃浦江上游水源保護(hù)區(qū) 35 個地塊、 37 種種植作物的周年監(jiān)測，對試區(qū)主要作物的養(yǎng)分吸收規(guī)律及主要種植模式的養(yǎng)分平衡狀況進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，并綜合降雨、氣溫、作物覆蓋、養(yǎng)分盈余等多種因素對不同作物及不同輪作方式的環(huán)境效應(yīng)進(jìn)行了初步評價。主要研究結(jié)果如下： 在各茬作物的主要生育期取樣，對茄果類、瓜類、豆類、葉菜類、苗木及其它幾種常見作物 N、 P、 K 吸收特性進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，得出 20 種常見作物的養(yǎng)分吸收特性。 通過對黃浦江上游水源保護(hù)區(qū) 23 種蔬菜水果可食部位硝酸鹽含量的分析得出：不同種類蔬菜可食部位硝酸鹽含量差異很大，其高低順序為非結(jié)球葉菜類 根莖類 蔥蒜類 結(jié)球葉菜類 花菜類 豆類 茄果類 瓜果類 薯芋類；適當(dāng)晚收可以降低蔬菜硝酸鹽含量；隨著氮肥施用量的增加，蔬菜可食部位硝酸鹽含量升高。 不同種植模式對土壤速效養(yǎng)分含量具有明顯的影響， 0壤 積在主要種植模式中的排列順序為：菜地（ 果園 苗圃 糧田（ 與 0壤 含量順序基本相同。不同土壤剖面 N、 P、 K 含量具有很大的差異，土壤中全氮、全磷、有機質(zhì)、 N、 量隨土層深度的增加而下降，而速效鉀含量隨土層深度的增加略微上升。 不同種植模式養(yǎng)分平衡狀況表現(xiàn)為：大田作物 N 盈余 缺 2O 虧缺 菜作物 N 盈余 余 缺 66.1 果樹的 N、 P、 K 均有盈余，分別為 木 N、 P、 K 稍有盈余，但其 N、 P 的盈余量比蔬菜、果樹等經(jīng)濟作物小的多。 從輪作周年來看，不同輪作方式養(yǎng)分平衡狀況差異很大。大田作物之間輪作呈現(xiàn) N 盈余、P 稍有盈余或基本平衡， K 虧缺較嚴(yán)重的狀況。蔬菜作物之間周年輪作平衡狀況差異很大。 在本試驗條件下，綜合降 雨、氣溫、作物覆蓋、 N、 P 總盈余、 N、 P 天盈余等各種因素，對試區(qū)不同作物及不同種植模式的環(huán)境效應(yīng)進(jìn)行綜合評價，并對試區(qū)每種監(jiān)測作物及每種輪作方式的環(huán)境污染風(fēng)險進(jìn)行等級，將監(jiān)測作物的環(huán)境污染風(fēng)險分為 4 個等級，輪作的環(huán)境污染風(fēng)險分為 3 個等級。綜合對經(jīng)濟效益的分析，我們給出如下種植作物推薦，草皮、雪菜、香樟、含笑等可以在一級水源保護(hù)區(qū)內(nèi)種植，毛豆、水稻、土豆、番茄、黃楊、丁香、豇豆等可以在準(zhǔn)水源保護(hù)區(qū)內(nèi)適量種植。 關(guān)鍵詞：種植模式，養(yǎng)分吸收，蔬菜硝酸鹽，土壤養(yǎng)分，環(huán)境效應(yīng) n of in of in a In to of in 5 of 7 of in of of of as in in ,P,K of of of of in of is of in of of on ,P of ,P,K in N ,N, AP to of in K to of of of is as N 8.9 P(81.1 N,P(K(N, P(K( (is in a in N P or K in of of of in is as so so 錄 中文摘要 . 錄 . 一章 緒論 . 1 研究背景 . 1 . 1 況 . 1 國內(nèi)外研究概況 . 2 . 2 . 3 . 6 . 8 . 9 . 9 . 10 第二章 試驗材料與方法 . 11 . 11 . 11 . 12 . 12 . 12 . 14 備及保存 . 16 . 16 . 16 . 16 . 17 . 17 . 17 . 17 . 18 第三章 黃浦江上 游水源保護(hù)區(qū)常見作物養(yǎng)分吸收特性研究 . 19 . 19 . 19 . 23 . 26 . 28 . 31 耗量 . 34 . 35 . 35 . 36 . 37 . 38 . 40 第四章 黃浦江上游水源保護(hù)區(qū)常見蔬菜硝酸鹽污染狀 況分析 . 41 . 41 . 41 . 42 的差異 . 43 . 43 . 44 . 44 . 44 . 45 . 45 第五章 不同農(nóng)田種植模式土壤剖面氮磷鉀分布特征分 析 . 46 . 46 狀況 . 46 N 與 分布狀況 . 46 . 50 V . 50 布特征分析 . 50 影響 . 51 . 52 . 52 . 52 . 53 . 53 第六章 不同農(nóng)田種植模式養(yǎng)分平衡及環(huán)境效應(yīng)初析 . 55 . 55 . 55 . 55 . 57 . 57 . 59 . 59 . 60 . 61 . 62 . 64 . 64 . 66 . 68 . 69 第七章 結(jié)論與展望 . 70 . 70 . 72 參考文獻(xiàn) . 73 致謝 . 79 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院碩士學(xué)位論文 第一章 緒論 - 1 - 第一章 緒論 研究背景 自從化肥問世以來，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)得到了飛速發(fā)展。本世紀(jì)世界糧食產(chǎn)量增加的一半以上來自于施用化學(xué)肥料（ 1994）。但肥料的不合理施用同時也帶來了一系列的負(fù)面效應(yīng)，目前出現(xiàn)的水體富營養(yǎng)化、地下水硝酸鹽含量超標(biāo)及土壤生產(chǎn)能力下降等與肥料施用 不當(dāng)及配比不平衡有密切的關(guān)系（周健民， 2000）。隨著農(nóng)業(yè)的迅速發(fā)展，不合理的田間水肥管理對資源和生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生的負(fù)面效應(yīng)已受到世界各國的關(guān)注（ 1993；王家玉等， 1996）。大量調(diào)查、研究結(jié)果表明，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中長期大量、不合理的使用化肥使生態(tài)系統(tǒng)遭到破壞，農(nóng)田 N、 謙， 1996）。 近年來，隨著市場經(jīng)濟的發(fā)展，種植業(yè)調(diào)整力度逐漸加大，我國農(nóng)田利用方式有了很大的變化。 1980 到 1997 年間經(jīng)濟作物面積逐漸增大。其中瓜菜類播種面積增加 ，果樹增加了 ， 而同期糧食的播種面積由 降到 下降了約 10 個百分點（中國農(nóng)業(yè)統(tǒng)計年鑒， 1998）。目前我國不同種植模式的肥料用量、肥料利用率及養(yǎng)分盈余狀況顯著不同，前人研究表明糧食作物單位面積施肥量往往比經(jīng)濟作物低，對我國吉林、山東、陜西、四川、湖北、廣西、江蘇等 7 個省、自治區(qū)的調(diào)查結(jié)果表明， 1996 年在糧食作物上的化肥用量為 濟作物為 濟作物的化肥用量要高出糧食作物 李家康等， 2000）。大量的農(nóng)田養(yǎng)分通過各種途徑損失而進(jìn)入環(huán)境，這不僅造成重大的經(jīng) 濟損失，而且還給環(huán)境帶來了巨大的壓力。毫無疑問，種植結(jié)構(gòu)調(diào)整是農(nóng)民增收的主要途徑，但是我國在進(jìn)行種植結(jié)構(gòu)調(diào)整時更多考慮的是由此帶來的經(jīng)濟效應(yīng)，而忽視了其可能帶來的環(huán)境問題。因此，兼顧不同種植模式的農(nóng)業(yè)環(huán)境效益和經(jīng)濟效益是目前亟待解決的問題。 上海郊區(qū)農(nóng)業(yè)作為依托于現(xiàn)代化大城市的一類特殊的農(nóng)業(yè)，近年來其種植業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整力度越來越大（上海統(tǒng)計年鑒， 2002），糧食油料面積逐年下降，蔬菜、苗木等經(jīng)濟作物所占的比重逐年上升。 2001 年與 1998 年相比，種植業(yè)用 地中農(nóng)業(yè)用地的比重由 85%下降到 79%。林地、園地由 5%上升到 10%。全市糧經(jīng)作物的播種面積比由 6 4 調(diào)整為 4 6。夏糧播種面積由 134千公頃減為 45 千公頃，水稻面積由 200 千公頃減少為 公頃，西甜瓜面積由 14 千公頃增加到 公頃。 1978 年上海的糧食作物播種面積占總播種面積的 64%， 而到 2000 年糧食作物的播種面積僅占 50%。有關(guān)部門規(guī)劃未來的上海農(nóng)業(yè)形態(tài)將逐漸分化為三大類型，一類是以經(jīng)濟功能為主、體現(xiàn)實力和水平的不同投入水準(zhǔn)的設(shè)施化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)基地，第二類是以生態(tài)、休閑功能為主兼有經(jīng)濟功能的 林果、花草基地等，第三類是一般農(nóng)業(yè)用地。大約在 10 15 年時中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院碩士學(xué)位論文 第一章 緒論 - 2 - 間內(nèi)，這三類農(nóng)業(yè)用地會逐漸形成各占 1/3 的格局（卞關(guān)濤， 2001） 黃浦江是上海的母親河，全市 80%以上的生活用水來自黃浦江。為了保護(hù)黃浦江上游水源，保障全市人民健康和經(jīng)濟發(fā)展，上海市政府根據(jù)相關(guān)法規(guī)制定的上海黃浦江上游一定距離的環(huán)境保護(hù)區(qū)域，稱為黃浦江上游水源保護(hù)區(qū)（包括一級水源保護(hù)區(qū)、水源保護(hù)區(qū)及準(zhǔn)水源保護(hù)區(qū)三部分）。鑒于黃浦江上游水源保護(hù)區(qū)在上海的重要地位，應(yīng)當(dāng)使水源保護(hù)區(qū)內(nèi)種植結(jié)構(gòu)調(diào)整向環(huán)境友好的方向傾斜。但是，上海“十五計劃”僅僅從植結(jié)構(gòu) 調(diào)整帶來的經(jīng)濟效益出發(fā)，將上海郊區(qū)的農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)按片劃分，基本上沒有考慮到不同種植模式的環(huán)境效應(yīng)，也沒有考慮到種植業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整可能到來的環(huán)境問題。因此，深入的了解水源保護(hù)區(qū)不同作物的養(yǎng)分吸收特性及不同農(nóng)田種植模式的環(huán)境效應(yīng)是目前保護(hù)黃浦江水源的當(dāng)務(wù)之急。 國內(nèi)外研究概況 農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)是一個養(yǎng)分大量輸入輸出的系統(tǒng)，養(yǎng)分通過不同途徑進(jìn)入農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)，再經(jīng)過相互轉(zhuǎn)化和移動后，又不同程度地離開這一系統(tǒng)，構(gòu)成農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中的養(yǎng)分循環(huán)。養(yǎng)分平衡的本質(zhì)就是養(yǎng)分被作物消耗 （生物退化過程）和施肥投入（養(yǎng)分重建過程）之間的平衡（魯如坤， 2000）。農(nóng)田養(yǎng)分的發(fā)展趨向（退化和重建）從根本上說決定于農(nóng)田養(yǎng)分的平衡狀況（魯如坤， 1996）。 農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的養(yǎng)分循環(huán)包括養(yǎng)分收入、養(yǎng)分支出、養(yǎng)分再循環(huán)和系統(tǒng)內(nèi)部養(yǎng)分流動 4 個基本環(huán)節(jié)。養(yǎng)分再循環(huán)是衡量系統(tǒng)穩(wěn)定水平的重要指標(biāo)之一，種植業(yè)中返回的有機肥形態(tài)以農(nóng)作物秸稈為主。系統(tǒng)內(nèi)部養(yǎng)分流動是指農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中各亞系統(tǒng)間和亞系統(tǒng)內(nèi)部養(yǎng)分的流動（黃紹文， 2001）。隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，人為因素在農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中所起的控制作用越來越明顯，在這種農(nóng)業(yè)生態(tài)系 統(tǒng)中，養(yǎng)分循環(huán)是建立持續(xù)農(nóng)業(yè)的物質(zhì)基礎(chǔ)?；瘜W(xué)肥料的大量投入，在促進(jìn)農(nóng)業(yè)迅速發(fā)展的同時，造成了化肥的巨大浪費，也引起了一系列的環(huán)境和社會問題。因此，農(nóng)業(yè)的環(huán)境不能只靠化肥和能量的投入，還必須研究養(yǎng)分的循環(huán)和平衡，使循環(huán)向有利于人類需要的方向發(fā)展。 農(nóng)田養(yǎng)分平衡的計算方法自 20 世紀(jì) 50 年代已開始應(yīng)用于了解農(nóng)田養(yǎng)分，尤其是農(nóng)田 N 素的利用狀況，并用于與之有關(guān)的環(huán)境效應(yīng)的研究?，F(xiàn)在已被作為一種常規(guī)的方法廣泛應(yīng)用于評價農(nóng)田生產(chǎn)對生態(tài)及環(huán)境的影響。 目前研究農(nóng)田養(yǎng)分收支平衡的方法很多。魯如坤等（ 1996）根據(jù)土壤肥力狀況 ，作物對養(yǎng)分的反應(yīng)等提出了利用養(yǎng)分允許平衡盈虧率（ B%）對農(nóng)田養(yǎng)分平衡狀況進(jìn)行評價的方法和原則。養(yǎng)分允許平衡盈虧率是指在當(dāng)?shù)貤l件下養(yǎng)分平衡計算所得結(jié)果雖有虧缺或盈余也是允許的，這意味著養(yǎng)分虧缺時并不會影響作物的產(chǎn)量，盈余時也不致造成養(yǎng)分浪費。它的定義是： B%=(1E 100% 式中， B%某養(yǎng)分允許平衡盈虧率； E某養(yǎng)分肥料利用率，用相對值表示。 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院碩士學(xué)位論文 第一章 緒論 - 3 - 壤養(yǎng)分自然供給力或稱土壤養(yǎng)分貢獻(xiàn)率，它的定義是： 100% D某養(yǎng)分平均相對增產(chǎn)率，用相對產(chǎn)量表示。 現(xiàn) 在，通常以系統(tǒng)養(yǎng)分的總輸入量與總輸出量之差（ 示養(yǎng)分虧盈量，養(yǎng)分的總輸入量與總輸出量之比（ I/O）表示養(yǎng)分虧盈程度，其盈余程度越大，表明對環(huán)境的污染風(fēng)險越大（秦祖平， 1989）。一般當(dāng)農(nóng)田 N 素平衡盈余超過 20%可能引起 N 素對環(huán)境的潛在威脅（魯如坤，2000）。養(yǎng)分的總輸入可以大于、等于或小于總輸出，因而出現(xiàn)不同程度的平衡狀況，影響土壤養(yǎng)分水平的發(fā)展趨向（李忠佩等， 1998），從而對環(huán)境造成不同程度的污染。 國外在農(nóng)田土壤養(yǎng)分平 衡方面進(jìn)行過相當(dāng)數(shù)量的研究 （ 1981； 1981；1981； 1995； 1996； 1996）。 20 世紀(jì)七八十年代，發(fā)達(dá)國家 N、 P、 K 養(yǎng)分整體呈現(xiàn)盈余狀況；但到八十年代末，氮肥稍有盈余，磷肥尤其是鉀肥呈現(xiàn)虧缺狀態(tài)。而發(fā)展中國家養(yǎng)分平衡狀況的變化趨勢與之完全不同，現(xiàn)在 N、 P 盈余，而 K 素虧缺，表現(xiàn)出嚴(yán)重的收支不平衡的狀況（ 2000；林葆等， 1989；魯如坤等， 2000）。 農(nóng)田養(yǎng)分輸入輸出的主要途徑可以用如下公式表示： 輸入方 =施肥 +土壤供肥 +生物 固 定 +干濕沉降 +灌水補給 +作物歸還 +種苗； 輸出方 =作物吸收 +土壤固定 +侵蝕徑流 +淋洗 滲漏 +氣態(tài)損失。 （江蘇太湖地區(qū)農(nóng)田生態(tài)協(xié)作研究組， 1983；傅慶林等， 1994）。 總結(jié)前人的研究成果，養(yǎng)分輸入輸出各途徑每年向農(nóng)田貢獻(xiàn)分別如下（ ， 1978； 2000； 1986）： 施肥： 目前施肥是農(nóng)田養(yǎng)分輸入的主要途徑，也相對易于得到較為準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。 2001 年全世界單位耕地面積化肥用量為 歐洲為 國 為 中國為 高于世界平均水平，也高于發(fā)達(dá)國家水平（中國農(nóng)業(yè)統(tǒng)計年鑒， 2002）。 降雨及灌溉 ：雨水及灌溉帶入的養(yǎng)分較少，且養(yǎng)分含量隨地區(qū)及時間的不同有一定的差異，英國的 地降雨對 N 素的輸入量為每年 1976）?？偨Y(jié)前人的研究結(jié)果，我國每年通過雨水帶入的 N、 P、 K 的量分別為： N： P： ： 溉水帶入的 N、 P、 K 的量分別為： N： P： K： 經(jīng)榮等， 1994；魯如坤等， 1996；劉元昌， 1984；羅良國等，1999） 其它： 生物固氮是豆科作物重要的有機氮源，可以用豆科作物吸收總 N 量的 60%作為其生物固氮量（ 1993）。在國內(nèi)，對不同作物的固氮量曾有過一些估計，一般豆科作物的年固氮量為 60稈還田也是養(yǎng)分輸入的重要途徑 （魯如坤， 1996； 劉榮樂，2000； 陳國平， 1994） 。另外，作物的根茬或落葉、落花或種苗帶入等也可以向土壤歸還一部分養(yǎng)分。 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院碩士學(xué)位論文 第一章 緒論 - 4 - 收獲物帶出： 是養(yǎng)分輸出的主要形式，收獲物帶出的養(yǎng)分量與農(nóng)田種植作物及作物各部位養(yǎng)分含量有密切的關(guān)系，關(guān)于不同作物及作物各部位養(yǎng)分的含量前人已經(jīng)作了一部分研究，但是前人的研究大 部分集中在糧食作物中，對于蔬菜、瓜果類作物只是作為大類來研究，各種大類內(nèi)部具體作物研究的很少，并且所收集到的數(shù)據(jù)大都來自 80 年代的文獻(xiàn)，對近年來高度集約化種植及管理情況下各作物不同部位的養(yǎng)分含量及其養(yǎng)分吸收特性沒有系統(tǒng)的研究。現(xiàn)將前人研究的部分結(jié)果總結(jié)為表 元昌， 1984；趙強基， 1982； 葉厚專等， 1999）： 表 出了部分國外農(nóng)作物各部位養(yǎng)分含量。 另外，作物養(yǎng)分吸收特性受品種特性、生產(chǎn)栽培措施、氣候特點以及生長季節(jié)等多種參數(shù)的影響，不同作物及不同品種養(yǎng)分吸收規(guī)律明顯不同。 作物 位 2 5 2 作物 位 2 5 2 % % 水稻 谷粒 類 果實（鮮） 稻 秸稈 生 莢果